Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng vàđang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việctừ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN- ĐIỆN TỬ
BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỐĐỀ TÀI
Hà Nội, 1/2024
1 | P a g e
Trang 2MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 3
Chương I: Giới thiệu về đồng hồ điện tử sử dụng IC số 4
1 Sơ đồ khối của mạch đồng hồ điện tử 4
2 Nguyên lý hoạt động: 4
Chương II: Phân tích các khối làm việc 4
1 Khối tạo xung dao động( IC 555) 5
4 Khối hiển thị ( LED 7 thanh) 7
4.1 Tìm hiểu về LED 7 thanh 7
Trang 3LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay ngành kỹ thuật điện tử có vai trò rất quan trọng trongcuộc sống của con người Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng vàđang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việctừ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độđộng cơ hay các đồng hồ số Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thốngtương tự hoặc hệ thống số Tuy nhiên trong các hệ thống điện tử thôngminh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ thốngtương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là:độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành…
Trong đề tài môn học Thiết kế hệ thống số, nhóm em thực hiện đềtài: “Thiết kế đồng hồ điện tử sử dụng IC số”.Chúng em xin chân thànhcảm ơn thầy giáo Nguyễn Cảnh Quang đã quan tâm hướng dẫn và tạo điềukiện cho em hoàn thành môn học.
3 | P a g e
Trang 4Chương I: Giới thiệu về đồng hồ điện tử sử dụng IC số
Đồng hồ điện tử chắc hẳn không còn là một thiết bị xa lạ đối vớichúng ta Tuy nhiên không phải tất cả mọi người đều biết được nguyên lýhoạt động của nó Vì thế trong môn học này, chúng ta sẽ tìm hiểu, trình bàynguyên lý hoạt động và thiết kế mạch đồng hồ với một số chức năng cơbản.
1 Sơ đồ khối của mạch đồng hồ điện tử.
2 Nguyên lý hoạt động:
Khi mạch được cấp nguồn , khối tại dao động IC 555 sẽ tạo ra mộtxung vuông có chu kỳ 1 giây và đưa đến các chân đầu vào của IC 7490 sauđó từ ngõ ra của IC 7490 sẽ đưa ra 4 bit đầu ra Đầu ra của IC 7490 sẽ đượcnối với đầu vào của IC 7447 có chức năng giải mã 4 bit nhị phân thành cáctín hiệu đưa ra 7 ngõ ra nối với LED 7 thanh, khi đó LED 7 thanh sẽ hiểnthị tín hiệu tương ứng.
Ta sử dụng một cổng AND trong IC 7408, nối với chân QA và QD củaIC 7490 vào 2 chân đầu vào của một phần tử AND khi đó đầu ra ta đượcmột xung với chu kỳ là 10 giây được nối với đầu vào của IC 7490 của hàngchục Vì hàng chục chỉ giới hạn sở số 6 nên ta lại tiếp tục sử dụng một cổngAND nữa và lần này là nối chân Q và Q vào 2 chân vào cổng AND và đầuB C
ra được nối với chân RESET 0 của IC 7490.
Chức năng đặt trước cho bộ đếm sẽ được tạo ra bằng cách sử dụngnút bấm để cung cấp xung cho bộ đếm sau khi đã ngắt xung cung cấp từ IC555, sau khi đã đặt được giá trị mong muốn chỉ việc cấp lại xung từ IC 555.Lúc này bộ đếm sẽ đếm từ giá trị vừa đặt.
Hẹn giờ là chức năng được thực hiện bằng cách so sánh 4 bit đầu củaIC 7490 của giá trị đặt ban đầu và giá trị đang đếm của bộ đếm thông quaIC 4077( gồm các cổng XNOR) và IC 7408 Khi 4 bit đầu ra trùng vớinhau khi đó khối hẹn giờ sẽ cho ở đầu ra một tín hiệu mức 1 Nối đầu ravới đèn LED hoặc một chuông để thực hiện chức năng thông báo.
4 | P a g e
Trang 5Chương II: Phân tích các khối làm việc
1 Khối tạo xung dao động( IC 555)1.1 Tìm hiểu về IC 555
Đây là IC 8 chân được sử dụng rất phổ biến để làm: mạch đơn ổn,mạch dao động đa hài, bộ chia tần,… Trong mạch này, IC 555 được sửdụng làm bộ phát xung.
Chức năng của từng chân:
+ Chân 1 (GND): Nối đất.
+ Chân 2 (Trigger): Nhận xung kích để đổi trạng thái.+ Chân 3 (Output): Ngõ ra.
+ Chân 4 (Reset): Trả về trạnh thái ban đầu.
+ Chân 5 (Control Voltage): Lấy điện áp điều khiển tần số dao động.+ Chân 6 (Threshold): Lập ngưỡng cho tầng so sánh.
+ Chân 7 (Discharge): Đường xã điện cho tụ trong mạch.+ Chân 8 (Vcc): Nối với nguồn dương.
1.2 Nguyên lý hoạt động
Để tạo ra dao động, ta thực hiện mắc các thành phần điện trở và tụđiện tương ứng vào các chân theo sơ đồ, tín hiệu sẽ được đưa ra ở chân 3,tần số của tín hiệu phụ thuộc và giá trị điện dung, và điện trở của các thànhphần mắc vào theo công thức (*).
IC 555 sẽ bắt đầu tạo ra một chuỗi các xung tín hiệu, là các xungvuông có dang như hình dưới.
Trong đó:
5 | P a g e
Trang 6Tm = ln(2) ( R1 + R2 ) C1 : thời gian điện áp mức cao Ts = ln(2) R2 C1 : thời gian điện áp mức thấp T = Tm + Ts : chu kỳ toàn phần
6 | P a g e
Trang 73 Khối giải mã (IC 7747)3.1 Tìm hiểu về IC 7747.
Vi mạch giải mã 7 đoạn 7447 là loại IC có 16 chân dùng để giải mãtừ mã BCD sang mã 7 đoạn để hiển thị được trên led 7 đoạn.
Chức năng của các chân :
+ Chân số 8 là chân nối đất (0V)
+ Chân số 16 là chân nguồn cung cấp (VCC) + Chân 1,2,6,7 là các chân tín hiệu vào BCD + Chân 9,10,11,12,13,14,15 là các chân đầu ra + Chân 3,4,5 là các chân kiểm tra IC.
+ Chân LT (Lamp Test) được dùng để kiểm tra tình trạng hoạt động(sống hay chết) của các vạch, trong khi chân RB (Ripper Blanking) đượcdùng để tắt tất cả các vạch khi yêu cầu ở trạng thái không hiển thị số
3.2 Nguyên lý hoạt động.
IC 7447 là IC tác động mức thấp nên các ngõ ra mức 1 là tắt và mức0 là sáng tương ứng với các thanh a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loạiAnode chung, trạng thái ngõ ra tương ứng với các số thập phân (các số từ10 đến 15 không dùng tới)
Ngõ vào xoá BI được để không hay nối lên mức 1 cho hoạt động giảimã bình thường Nếu nối lên mức 0 thì các ngõ ra đều tắt bất chấp trạngthái các ngõ ra
Ngõ vào xoá RBI được để không hay nối lên mức 1 dùng để xoá số 0(số 0 thừa phía sau dấu thập phân hay số 0 trước số có nghĩa) Khi RBI vàcác ngõ vào D, C, B, A ở mức 0 nhưng ngõ vào LT ở mức 1 thì các ngõ rađều tắt và ngõ vào xóa RBO xuống mức thấp Khi ngõ vào BI/RBO nối lênmức 1 và LT ở mức 0 thì ngõ ra đều sáng.
7 | P a g e
Trang 84 Khối hiển thị ( LED 7 thanh)4.1 Tìm hiểu về LED 7 thanh.
LED 7 thanh là một thiết bị điện tử được sử dụng để hiển thị số và kýtự và tạo ra các ký tự số từ 0 đến 9 và một số ký hiệu khác như dấu chấm,dấu gạch và dấu hai chấm.
Chức năng các chân:
+ Gnd, Vcc là các chân cấp nguồn chung.
+ Các chân a, b, c, d, f, g, dp là các chân cấp nguồn cho các thanh tương ứng a, b, c, d, e, f, g, dp
4.2 Nguyên lý hoạt động.
+ Led anode chung:
Đối với dạng Led Anode chung, chân COM phải có mức logic 1 vàmuốn sáng Led thì tương ứng các chân a – f, dp sẽ ở mức logic 0.
+ Led cathode chung:
Đối với dạng Led Cathode chung, chân COM phải có mức logic 0 vàmuốn sáng Led thì tương ứng các chân a – f, dp sẽ ở mức logic 1
8 | P a g e
Trang 95 Khối hẹn giờ.5.1 Tìm hiểu về IC 4077.
CD4077 thuộc dòng IC CD4000 CD4077 là IC bốn cổng X-NOR(EXCLUSIVE-NOR) 2 đầu vào IC này cho phép người thiết kế thực hiệntrực tiếp chức năng cổng X-NOR logic dương.
Chức năng các chân:S
1 A Đầu vào 1 của QO 8 E Đầu vào 1 của Q2
2 B Đầu vào 2 của QO 9 F Đầu vào 2 của Q2
3 J(QO¿ Đầu ra của X-NOR1 10 L(Q2) Đầu ra của X-NOR34 (QK¿¿1)¿Đầu ra của X-NOR2 11 M(Q3) Đầu ra của X-NOR45 C Đầu vào 1 của Q1 12 G Đầu vào 1 của Q3
6 D Đầu vào 2 của Q1 13 H Đầu vào 2 của Q3
7 VSS Nguồn source 14 V Nguồn drain
Nguyên lý hoạt động IC :
IC hoạt động như 4 cổng X-NOR Với các xung vào từng chân đầuvào sẽ có 1 giá trị ở đầu ra (J,K,M,L) tương ứng theo nguyên tắc cổng X-NOR.
Xét với 3 chân 1,2,3 ta có bảng chân lý của 1 trong 4 cổng:
9 | P a g e
Trang 10Ứng dụng trong mạch đồng hồ: Để so sánh giá trị đặt trước với giátrị của đồng hồ đang đếm Khi thời gian của đồng hồ bằng thời gian hẹn thìđầu ra của các cổng logic sẽ làm đèn báo sáng.
5.2 Tìm hiểu về IC 7408
IC 7408 (IC 74LS08) được biết đến là một vi mạch tích hợp với 4cổng AND hai đầu vào 8 bit 7408 là dòng IC thuộc họ IC 74XXYY IC7408 được cấu tạo với 4 cổng AND, các công có thể được sử dụng riêngbiệt mà không gây ảnh hưởng tới các cổng khác.
Sơ đồ chân và chức năng:
1 A1 Đầu vào 1 của Q1 8 Y3 Đầu ra của Q32 B1 Đầu vào 2 của Q1 9 A3 Đầu vào 1 của Q33 Y1 Đầu ra của Q1 10 B3 Đầu vào 2 của Q34 A2 Đầu vào 1 của Q2 11 Y4 Đầu ra của Q45 B2 Đầu vào 2 của Q2 12 A4 Đầu vào 1 của Q46 Y2 Đâu ra của Q2 13 B4 Đầu vào 2 cảu Q47 GND Chân nối đất 14 Vcc Ngồn cấp
Nguyên lý hoạt động:
IC hoạt động như 4 cổng AND riêng biệt Với các xung vào từngchân đầu vào sẽ có 1 giá trị ở đầu ra Y tương ứng theo nguyên tắc cổngAND.
10 | P a g e
Trang 11Ta có bảng chân lý như sau:
5.3 Khối hẹn giờ.
Hẹn giờ là chức năng được thực hiện bằng cách so sánh 4 bit đầu củaIC 7490 của giá trị đặt ban đầu và giá trị đang đếm của bộ đếm thông quaIC 4077( gồm các cổng XNOR) và IC 7408 Khi 4 bit đầu ra trùng vớinhau khi đó khối hẹn giờ sẽ cho ở đầu ra một tín hiệu mức 1 Nối đầu ravới đèn LED hoặc một chuông để thực hiện chức năng thông báo.
11 | P a g e
Trang 1212 | P a g e
Trang 136 Đặt giờ
Chức năng đặt trước cho bộ đếm sẽ được tạo ra bằng cách sử dụngnút bấm để cung cấp xung cho bộ đếm sau khi đã ngắt xung cung cấp từ IC555, sau khi đã đặt được giá trị mong muốn chỉ việc cấp lại xung từ IC 555.Lúc này bộ đếm sẽ đếm từ giá trị vừa đặt.
TỔNG KẾT VÀ ĐỀ XUẤT
H2.Ảnh mạch thật
13 | P a g e
Trang 14Dựa trên nguyên lý và mạch mô phỏng, nhóm chúng em đãhoàn thiện được mạch thật và hoạt động một cách khá là chínhxác với lý thuyết, tuy nhiên do còn hạn chế về linh kiện và kiếnthức nên mạch vẫn còn chưa được tối ưu và chính xác hoàn toàn.
Mạch trên vẫn còn rất hạn chế về mặt chức năng khi chỉ có3 chức năng đếm đặt giờ và hẹn giờ, tuy nhiên có thể phát triển đểdùng trong việc hẹn giờ sạc điện, hẹn giờ sáng bóng đèn,…
14 | P a g e